基于A/D和DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案介紹

FIFO存儲(chǔ)器允許數(shù)據(jù)以不同的速率寫入和讀出,IDT72V253是一種高速的4 096字×18位的FIFO器件,如圖3所示。其最高頻率可達(dá)166 MHz,數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)讀出時(shí)間均為10 ns。當(dāng)鎖入的字?jǐn)?shù)超過(guò)4 096時(shí),存儲(chǔ)器進(jìn)人滿狀態(tài)。FIFO的狀態(tài)可通過(guò)時(shí)間和狀態(tài)位——滿(FF／IR)、空(EF／OR)、半滿(HF)、PAE和PAF來(lái)獲得。當(dāng)存儲(chǔ)器滿時(shí),FF／IR輸出為低電平;當(dāng)存儲(chǔ)器為空時(shí),EF／OR輸出為低電平。當(dāng)FIFO存有不少于2 048字內(nèi)容時(shí),HF輸出為高。PAE和PAF狀態(tài)位是可編程狀態(tài)位。當(dāng)寫使能端WEN電平變低時(shí),待送入FIFO的數(shù)據(jù)在WCLK時(shí)鐘的同步下送人FIFO,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字被寫入時(shí),EF／OR引腳的電平變?yōu)楦唠娖?當(dāng)送入的數(shù)據(jù)超過(guò)(n+1)(n為PAE的偏置值)個(gè)字時(shí),可編程狀態(tài)位PAE變?yōu)楦唠娖?當(dāng)有(D／2)+1(2 049)個(gè)字寫入時(shí),HF引腳電平變低;隨著數(shù)據(jù)的繼續(xù)寫入,會(huì)引起PAF引腳電平變低。如果沒有數(shù)據(jù)讀出,當(dāng)有(D—m)(4 096—m)個(gè)字寫入時(shí),PAF引腳電平變低。當(dāng)FIFO數(shù)據(jù)寫滿時(shí)(對(duì)于IDT72V253,就是寫入4 096個(gè)字),FF／IR位變?yōu)榈碗娖?阻止數(shù)據(jù)的進(jìn)一步寫入。當(dāng)FIFO寫滿時(shí),第一個(gè)讀操作將會(huì)引起FF位電平變高,后來(lái)的讀操作將會(huì)引起HF和PAF引腳電平變高。當(dāng)FIFO里面只有n個(gè)字時(shí),PAE引腳電平變低;當(dāng)最后一個(gè)字從FIFO讀出時(shí),EF引腳電平變低,阻止進(jìn)一步的讀操作。

3 高速A／D轉(zhuǎn)換器與DSP的接口設(shè)計(jì)

3.1 接口設(shè)計(jì)

AD6644是14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器,IDT72V253是18位FIFO,TMS320C6713 DSP的數(shù)據(jù)總線是32位,所以IDT72V253和TMS320C6713只需接低14位的D0～D13。由于FIFO的先入先出特殊結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中不需要任何地址線的參與,大大簡(jiǎn)化了電路。A／D采樣所得數(shù)據(jù)要實(shí)時(shí)送入FIFO,因此兩者的寫時(shí)鐘頻率必須一樣,且AD6644和IDT72V253的最小時(shí)鐘輸入都是10 ns,操作起來(lái)統(tǒng)一方便。CPLD選用Xilinx公司的xc95144xl-tql44,用它實(shí)現(xiàn)四二輸入與門,把TMS320C6713的通用緩沖串口(Mcbsp)中的DX、FSX配置為通用輸出口(GPlO),對(duì)這個(gè)四二輸入與門的通斷進(jìn)行控制,從而對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器和FIFO的寫時(shí)鐘進(jìn)行控制。由于外部FIFO占用著TMS320C6713的CE0空間,所以讀信號(hào)的邏輯關(guān)系為：R=CE0+ARE,TMS320C6713的CE0和ARE相“與”后與IDT72V253的RCLK相連,為FIFO提供讀時(shí)鐘(CE0和ARE相“與”由xc95144xl-tql44完成)。TMS320C6713的CLKX與IDT72V253的復(fù)位信號(hào)PRS相連用以復(fù)位FIFO。接口框圖如圖4所示。

3.2 時(shí)序設(shè)計(jì)

通過(guò)兩個(gè)“與”門分別對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器和FIFO的寫時(shí)鐘進(jìn)行控制,因?yàn)锳D6644從模擬輸入開始到該次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在輸出口上需要4個(gè)時(shí)鐘周期,并且在高速度采樣時(shí)導(dǎo)線的延時(shí)效果會(huì)非常明顯,若把A／D轉(zhuǎn)換器和FIFO的時(shí)鐘連在一起,很可能過(guò)多地采到無(wú)效數(shù)據(jù)。分開控制以后,通過(guò)軟件延時(shí),可以方便地分別對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器和FIFO的時(shí)鐘進(jìn)行控制,調(diào)試起來(lái)相當(dāng)方便,力圖把采到無(wú)效數(shù)據(jù)的位數(shù)減至最低。AD6644的工作時(shí)序如圖5所示,IDT72V253寫時(shí)序如圖6所示。